3D-Printed Hearts Hilfe Chirurgen retten Babys Leben

Replikate des menschlichen Herzens, die auf 3D-Druckern hergestellt werden, könnten helfen, das Leben von Babys zu retten.

Die Herz-Replikate sind so konzipiert, dass sie jedem kleinsten Detail im Herzen eines Babys entsprechen, so dass Chirurgen planen können, wo Gewebe geschnitten, Rohrleitungen umgeleitet und Löcher in Kinder mit angeborenen Herzfehlern gebohrt werden sollen. Die neuen Ergebnisse wurden heute (19. November) auf dem Treffen der American Heart Association in Chicago vorgestellt.

Obwohl bisher nur eine Handvoll solcher Herzen verwendet wurde, haben die Repliken bereits verborgene Schweizer käseähnliche Löcher im Herzen eines Kindes offenbart, und in einem anderen Fall inspirierte eine Reparaturstrategie die projizierte Lebensspanne des Babys dramatisch.

"Von den ersten beiden Fällen direkt aus dem Tor haben wir diesen dramatischen Einfluss gehabt", sagte Co-Autor der Studie Dr. Matthew Bramlet, ein Kinderkardiologe an der Universität von Illinois College of Medicine und dem Kinderkrankenhaus von Illinois, beide in Peoria.

Die ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass 3D-Druckherzen das Verständnis von Defekten durch Chirurgen dramatisch verbessern könnten, bevor sie in den Operationssaal gelangen, so die Forscher. [Siehe Bilder der 3D-gedruckten Herzen]

Kleine Herzen

Kinder mit bestimmten angeborenen Herzfehlern - wie zum Beispiel Löcher in einer der vier Herzkammern oder fehlgeleitete Arterien und Gefäße - haben oft jahrelange komplexe, risikoreiche Operationen. Wenn diese fragilen Babys geboren werden, tun Ärzte in der Regel eine sehr schnelle Operation, die den Blutfluss gerade genug verbessert, damit sie wachsen. Sobald die Kleinen ihre Größe verdoppelt haben (normalerweise, wenn sie 6 bis 9 Monate alt sind), führen Chirurgen oft kompliziertere Reparaturoperationen durch, sagte Bramlet.

Aber auch die Herzen von größeren Babys sind winzig, und die Magnetresonanztomographie (MRT), die derzeit durchgeführt wird, um chirurgische Entscheidungen zu leiten, sind schwer zu interpretieren. Obwohl Forscher eine künstliche Herzhülse, eine künstliche Luftröhre und Nachbildungen von Nieren und Lebern zur Führung von Operationen in 3D druckten, seien 3D-Repliken des Herzens langsamer, sagte Bramlet.

Das Herz halten

Bramlet und seine Kollegen begannen daher, detaillierte MRTs zu verwenden, um anatomisch genaue Replikate des Herzens zu entwerfen, die dann im Jump Trading Simulation and Education Center, ebenfalls in Peoria, gedruckt wurden.

Fast sofort trugen die gedruckten Herzen dazu bei, chirurgische Entscheidungen zu treffen. Im ersten Fall glaubten die Ärzte, dass ein Baby ein einzelnes Loch in der Wand eines der Ventrikel des Herzens hatte, basierend auf den MRI-Bildern. Diese Art von Defekt, Ventrikelseptumdefekt genannt, wird in der Regel mit einer relativ einfachen Technik repariert. Aber das 3D-gedruckte Herz zeigte deutlich mehrere Schweizer-Käse-ähnliche Löcher im Herzen, die auch geschlossen werden mussten.

Die Erkenntnis half dem Chirurgen, seine Strategie zu überdenken, die reduzierte, wie lange das Herz während der Operation angehalten werden musste, sagte Bramlet.

Im zweiten Fall hatte ein Baby Probleme mit den Hauptarterien, die aus dem rechten Ventrikel des Herzens hervorgingen, sowie mit mehreren Löchern im Herzen. Normalerweise zerstören Ärzte mit dem Verfahren, mit dem diese Defekte behoben werden, so viel Herzgewebe und leiten den Blutfluss so drastisch um, dass sie das Herz im Wesentlichen auf zwei funktionelle Kammern reduzieren. Aber in diesem Fall konnte das Team, indem es sich die Anatomie in 3D ansah, einen besseren Workaround finden und alle vier Kammern des Herzens verschonen, was die Lebenserwartung des Babys von 20 auf 30 Jahre auf fast normales Bramlet erhöhte sagte.

"Indem sie [das Herz] in ihrer Hand hielt, konnte der Chirurg viel, viel einfacher bestimmen, wie man diese Operation richtig durchführt", sagte Bramlet zu Live Science.

Seit der ersten Reparatur hat das Team acht oder neun Herz-Repliken erstellt, und alle haben das Verständnis des Chirurgen für die Anatomie des Herzens vor der Operation verbessert, sagte er.

Aber die Gesamtzahl der Herzen, die sie bislang untersucht haben, ist gering, so dass es zu früh ist, um zu wissen, ob die Herz-Repliken die chirurgischen Ergebnisse verbessern, sagte Bramlet. Da diese komplizierten Herzfehler selten sind, müssten Forscher an mehreren Standorten eine klinische Studie durchführen, um genügend Fälle zu bekommen, sagte Bramlet.

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